Розрахунок циркуляційного тиску в системах водяного опалення

На прикладі найпростішої схеми, показаної на рис. 4.1, визначимо природний (гравітаційний) тиск, який виникає в системі водяного опалення.

В подаючому трубопроводі, позначеному суцільною лінією, вода має температуру t_г і густину ρ_г. Трубопровід з охолодженою водою температурою t_о і густиною ρ_о позначений на схемі пунктиром. Взаємне розташування окремих елементів системи опалення показане на схемі висотами h₁, h₂, h₃, h₄,. Прийнято, що нагрівання води здійснюється в котлі, охолодження – в опалювальному приладі; вода в трубопроводах не охолоджується.

Рис. 4.1 Схема до визначення природного циркуляційного тиску в системі водяного опалення

Визначимо гідростатичний тиск води, який діє на переріз 1-1 зворотної магістралі справа і зліва. Різницею цих тисків буде надлишковий циркуляційний тиск, під дією якого відбувається рух води в замкнутому контурі трубопроводів системи.

Тиск стовпа води справа:

,                (4.1)

тиск стовпа води зліва:

,            (4.2)

різниця між ними:

,                     (4.3)

Звідси витікає, що природний циркуляційний тиск дорівнює добутку прискорення вільного падіння на відстань по вертикалі між точками нагріву й охолодження води і різницю густин нагрітої та охолодженої води.

Якщо ввести довільну площину відліку висот А-А і позначити висоту точки охолодження опалювального приладу h_т.о. і висоту точки нагріву в тепловому вузлі h_т.н., то, враховуючи, що  рівняння (4.3) можна переписати у вигляді:

, (4.5)

тобто природний циркуляційний тиск дорівнює прискоренню вільного падіння, помноженому на суму добутків висот точок охолодження і нагрівання на різницю густин води після і до цих точок, рахуючи у напрямку руху води. Це визначення можна поширити і на загальний випадок, коли в замкнутому контурі трубопроводів довільно розташовані декілька точок нагрівання і охолодження. В цьому випадку гравітаційний циркуляційний тиск можна виразити рівнянням:

.                                (4.6)

Таким чином, гравітаційний циркуляційний тиск в замкнутому контурі трубопроводів з довільно розташованими в ньому точками нагрівання і охолодження дорівнює прискоренню вільного падіння, помноженому на суму добутків висот окремих точок нагрівання і охолодження над довільно прийнятим рівнем відліку на різницю густин води після і перед точками в напрямку циркуляції води в контурі.

При визначенні гравітаційних тисків в розрахунках, які не вимагають високої точності, можна скористатись таким спрощенням. Різниця густин води при температурах 95 і 70 °С дорівнює 15,91 кг/м³. В звичайному для систем водяного опалення проміжку температур можна прийняти лінійну залежність між густиною і температурою, рахуючи, що зміні температури на 1 °С відповідає зміна густини на 15,91·25 = 0,64 кг/(м²·°С). Тоді замість  можна ввести в розрахунок :

.                       (4.7)